Pisanie w nanoskali to niezawodny sposób na zapis informacji o bardzo wysokiej gęstości. Uzyskanie zapisu w nanoskali jest obiecującym narzędziem do kształtowania nanostruktur elektronice.
Naukowcy z Technical University of Denmark w Roskilde stworzyli prosty i skuteczny sposób na pisanie i rysowanie w nanoskali. Dokonali tego przy użyciu wiązki elektronów do selektywnego rozrywania wiązań w jednoatomowej warstwie atomów węgla w grafenie.
Wei Zhang, Luise Thiel Kuhn, Qiang Zhang i Meng-Qiang Zhao opublikowali swoje badania na temat użycia elektronowego tuszu do pisania po grafenowym papierze w czasopismie “Nanotechnology“.
“Zdolność do zapisywania informacji jest bezpośrednio powiązany z rozwojem ludzkiej cywilizacji od czasów starożytnych” – powiedział Wei Zhang. “Papier i atrament są dwa podstawowe czynniki, które pozwoliły zarejestrować historię. Obecnie komunikacja i przepływ informacji rozwinęły się na niespotykaną dotąd skalę” – dodał naukowiec.
Manipulowanie materią w nanoskali było już szeroko badane. Obecne sposoby można podzielić na dwie grupy: litografia (metoda top down), gdzie odciska się gotowy wzór na podłożu (ograniczona jest tutaj rozdzielczość) oraz “samodzielny montaż” (metoda bottom up) gdzie manipuluje się atomami lub cząsteczkami indywidualnie, ale napotyka się problemy z kontrolą tego procesu.
Naukowcy zaproponowali technikę opartą na połączeniu obu typów metod i wyeliminowaniu ich słabych punktów. Zademonstrowali ją na “najcieńszym papierze świata” – grafenie.
“Rozwój grafenu wzbudza duże zainteresowanie” powiedział Qiang Zhang. “Wyróżniającą cechą jest płaskość jednoatomowej warstwy, dzięki czemu można uznać pojedynczy arkusza grafenu za “najcieńszy papier“. Aby bezpośrednio móc na nim pisać, potrzebny jest odpowiedni atrament. W nanoskali, kandydat na taki tusz musi posiadać odpowiednie cechy – m.in wysoką rozdzielczość i funkcję wizualizacji. Dlatego elektrony z transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) są najlepszym wyborem. Wiązką elektronów można manipulować tak jak atramentem, ale strumień elektronów sam pozostaje niewidoczny” – dodał.
Atomy węgla w grafenie są wrażliwe na różne efekty promieniowania. Naukowcy użyli do badań wiązki elektronów o mocy 300 keV . Rozerwali lokalne wiązania węgiel-węgiel w monowarstwie grafenu. Gdy wiązania zostały zerwane, poszczególne atomy węgla zostały usunięte z warstwy. Na ich miejsce w skutek wolnych wiązań, zostały przyciągnięte nowe atomy węgla z próżni i wmontowane w powierzchnię grafenu. Osadzone atomy, tworzą strukturę amorficzną tylko wzdłuż kierunku skanującej wiązki elektronowej.
Zielona wiązka elektronów “pisze” po powierzchni grafenu. W miejsce usuniętych atomów osadzane są nowe, które tworzą strukturę amorficzną.
Technika ta oferuje zarówno dobrą kontrolę i odpowiednią wysoką rozdzielczość. Rozmiar czcionki (określona przez szerokość linii) to nawet 2-3 nm. Ponadto grafen zachowuje swoją morfologię powierzchni po procesie zapisu. Zapis w nanoskali znajdzie zastosowanie przy projektowaniu nanoelektronicznych obwodów z grafenu.
Naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości poprawią rozdzielczość i wydajność zapisu w nanoskali.
Źródło:
[1] http://graphenewiki.org/graphene/direct-writing-on-graphene-paper-by-manipulating-electrons-as-invisible-ink/ | 25.06.2013
[2] http://iopscience.iop.org/0957-4484/24/27/275301/ |25.06.2013
[3] graphen by lips, Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0
[4] Schematic illustration of the direct writing by the electron beam on graphene paper Wei Zhang, doi:10.1088/0957-4484/24/27/275301, CC BY 2.0